DE3545483C2

DE3545483C2 -

Info

Publication number: DE3545483C2
Application number: DE3545483A
Authority: DE
Inventors: Paul K. Dipl.-Ing. 8000 Muenchen De Gilke; Juergen Dipl.-Ing. 8046 Garching De Werner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1990-11-22
Also published as: EP0227068A1; ATE38014T1; ES2004820B3; DE3545483A1; EP0227068B1; DE3660949D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, nach DE-PS 35 45 481. Sie bezweckt die weitere Ausbildung dieser Antriebseinrichtung, und zwar hinsichtlich der Schaltkupp lung.

Die bei der Antriebseinrichtung nach dem Hauptpatent vorgesehene druckmittelbetätigte Schaltkupplung kann sowohl form- als auch kraftschlüssig ausgebildet sein.

Nach der Erfindung ist eine beson ders vorteilhafte kraftschlüssige Ausbildung vorgesehen.

Ihre Merkmale sind im Anspruch 1 angegeben. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Schaltkupplung unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen des Einsatzgebietes bei großer Schalt sicherheit in einfacher Weise robust und kompakt gestaltet sein kann sowie geräuscharm ist, ein sanftes Kuppeln ermöglicht und mit geringem Gewicht und geringen Schwungmassen ausgebildet sein kann.

Die Antriebseinrichtung kann nicht nur bei nicht mechanisch angetriebenen Fahrzeug-Vorderrädern, sondern in entsprechender Weise bei einem Fahrzeug-Frontantrieb bei den mechanisch nicht angetriebenen Fahrzeug-Hinterrädern eingesetzt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schema tisch dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch das linke Fahrzeug-Vorderrad eines Personenkraftwagens mit Standardantrieb, also vorn angeordnetem Fahrzeugmotor und mechanischem Hinterradantrieb,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch den Nabenbereich des linken Fahrzeug-Vorderrades nach Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Einzelheit der Darstellung nach Fig. 2 bei ausgekuppeltem Zustand,

Fig. 4 eine Abwicklung eines Abschnitts der inneren Kupplungshälfte,

Fig. 5 einen Querschnitt durch den verlagerbaren Teil der Schaltkupplung nach der Linie V-V der Fig. 6-9,

Fig. 6 einen Schnitt durch den verlagerbaren Teil der Schaltkupplung nach der Linie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt durch den verlagerbaren Teil der Schaltkupplung nach der Linie VII-VII der Fig. 5,

Fig. 8 einen Schnitt durch den verlagerbaren Teil der Schaltkupplung nach der Linie VIII-VIII der Fig. 5 und

Fig. 9 einen Schnitt durch den verlagerbaren Teil der Schaltkupplung nach der Linie IX-IX der Fig. 5.

Die folgenden Erläuterungen für das linke Fahrzeug-Vorderrad gelten für das spiegelbildlich ausgebildete nicht dargestellte rechte Fahrzeug-Vorderrad entsprechend.

Das nicht mechanisch angetriebene lenkbare Fahrzeug-Vorderrad 12 birgt in seiner Nabe 91 einen Hydromotor 92, der als Axialkolben-Mehrhub- Schrägscheiben-Maschine ausgebildet ist. Der Hydromotor 92 ist durch eine Hydraulikleitung 40 für Vorwärtsfahrt und eine Hydraulik leitung 41 für Rückwärtsfahrt mit einer nicht dargestellten Hydropum pe verbunden. Eine Leckageleitung 63 führt von dem Hydromotor 92 zu einem nicht dargestellten Behälter für Hydraulikflüssigkeit.

Die Nabe 91 ist auf einem Achsschenkel 64 drehbar gelagert. Auf diesem ist ferner die Zylindertrommel 93 des Hydromotors 92 drehbar gelagert, während die Schrägscheibe 66 des Hydromotors 92 mit dem Achsschenkel 64 fest verbunden ist. Die Zylindertrommel 93 des Hydromotors 92 nimmt in acht achsparallel auf einem Kreis angeordneten Axialzylindern 67 acht Axialkolben 68 gleitbar auf. Diese werden durch Federkraft stets in Anlage an der Schrägscheibe 66 gehalten. Die Bodenwand der Zylindertrommel 93 weist im Bereich jedes der Axialzylinder 67 Bohrungen 69 für die Zu- und Abfuhr von Hydraulikflüssigkeit auf. Die Bohrungen 69 können Steuerschlitze 70 überfahren, die in dem Achsschenkel 64 vorgesehen und an Verbindungskanäle 71, 72 angeschlossen sind. Der Verbindungskanal 71 ist innerhalb des Achsschenkels 64 mit einem Ringkanal 73 verbunden, der mit der Hydraulikleitung 40 für Vorwärtsfahrt verbunden ist. Der Verbindungskanal 72 ist innerhalb des Achsschen kels 64 mit einem Ringkanal 74 verbunden, der mit der Hyrauliklei tung 41 für Rückwärtsfahrt verbunden ist.

Der Außendurchmesser der Zylindertrommel 93 des Hydromotors 92 ist kleiner als der Innendurchmesser der Nabe 91. In dem zwischen der Zylindertrommel 93 und der Nabe 91 befindlichen radialen Spalt ist eine Schaltkupplung 94 angeordnet. Diese weist eine elastische Ringmembran 95 auf, welche die Zylindertrommel 93 als endloses Band umschließt. Die Ringmembran 95 ist im wesentlichen zylindrisch gestaltet und in axialer Richtung zwischen Seitenwänden 96, 97 geführt. Die Seitenwände 96, 97 ragen über die zylinderische Außenwand der Zylindertrommel 93 hinaus radial nach außen. Die Seitenwand 96 ist mit der Zylindertrommel 93 einstückig ausgebildet und stellt eine radial nach außen ragende Fortsetzung der Bodenwand der Zylindertrommel 93 dar. Die Seitenwand 97 ist etwa als Kreisring ausgebildet und an der Stirnseite der Zylindertrommel 93 lösbar befestigt, zu welcher hin die als Sackbohrungen gestalteten Axial zylinder 67 offen sind. Die Seitenwand 97 ist dabei mit Schrauben 98 an der Zylindertrommel 93 befestigt, die über den Umfang verteilt jeweils in den Bereichen zwischen den Axialzylindern 67 in die Zylindertrommel 93 eingreifen. Die beiden Seitenwände 96, 97 weisen in axialer Richtung etwa gleiche Stärke auf. An ihren äußeren Rändern sind die Seitenwände 96, 97 mit über den Umfang verteilten Führungsnuten 99 versehen, die sich in radialer Rich tung erstrecken und nach außen offen sind. Die Führungsnuten 99 sind in den beiden Seitenwänden 96, 97 fluchtend angeordnet.

Die als Sackbohrungen ausgebildeten Axialzylinder 67 weisen am fuß seitigen Ende jeweils eine Erweiterung 85 auf. Bei einem der Axial zylinder 67 ist die Erweiterung 85 durch eine Verbindungsbohrung 86 mit dem Raum außerhalb der zylindrischen Außenseite der Zylindertrommel 93 verbunden.

Die Ringmembran 95 weist einen elastischen Formring 100 auf, der aus Gummi besteht, aber auch aus einem Werkstoff mit vergleich baren Eigenschaften bestehen kann. Der Formring 100 ist etwa zylindrisch gestaltet und erstreckt sich in axialer Richtung von der Seitenwand 96 zu der Seitenwand 97. An den Seitenwänden 96, 97 liegt der Formring 100 mit seinen Stirnseiten dichtend an. An seinen stirnseitigen Enden weist der Formring 100 jeweils eine radial nach innen weisende, in Umfangsrichtung umlaufende Dicht lippe 101 auf, mit welchem er sich in der Ruhestellung auf der zylindrischen Außenwand der Zylindertrommel 93 abstützt, so daß zwischen der zylindrischen Außenwand der Zylindertrommel 93 und der Innenwand des Formringes 100 eine Ringkammer 102 gebildet ist. In die Ringkammer 102 mündet die Verbindungsbohrung 86.

Der Formring 100 trägt an seiner Außenseite elf gleichmäßig über den Umfang verteilte plattenartige Reibsegmente 103 aus Metall, die etwa rechteckig gestaltet und durch Vulkanisieren mit dem Formring 100 verbunden sind. Zwischen benachbarten Reibsegmenten 103 ist je weils ein sich in Querrichtung erstreckender Spalt 104 vorhanden, der teilweise, beispielsweise bis zur Hälfte der Dicke der Reib segmente 103, von Formring-Werkstoff, der radial nach außen weisende Querrippen 105 bildet, ausgefüllt ist. Jedes der Reibsegmente 103 erstreckt sich in Umfangsrichtung über einen Bogen von etwa 30°. In axialer Richtung erstreckt sich jedes der Reibsegmente 103 über die gesamte Breite des Formringes 100 und damit von Seitenwand zu Seitenwand der Zylindertrommel 93. Jedes der Reibsegmente 103 weist zwei seitliche Führungsansätze 106 auf, die in die Führungs nuten 99 der Seitenwände 96, 97 eingreifen und in Umfangsrichtung mittig an den Reibsegmenten 103 angeordnet sind.

An seiner Innenseite trägt der Formring 100 elf gleichmäßig über den Umfang verteilte plattenartige Abstützsegmente 107 aus Metall, die ebenfalls durch Vulkanisieren mit dem Formring 100 verbunden sind. Jedes der Abstützsegmente 107 weist einen etwa rechteckig gestalteten Tragteil 108 und einen Abstützansatz 109 auf. Zwischen benachbarten Tragteilen 108, über welche die Abstützsegmente 107 an dem Formring 100 befestigt sind, ist jeweils ein sich in Quer richtung erstreckender Spalt vorhanden, der von Formring-Werk stoff, der radial nach innen weisende Querrippen 110 bildet, ausgefüllt ist. Jeder der Tragteile 108 erstreckt sich in Umfangs richtung über einen Bogen von etwa 30°. In axialer Richtung erstreckt sich jeder der Tragteile 108 über die gesamte Breite zwischen den beiden Dichtlippen 101 des Formringes 100. Die Abstützansätze 109 sind mit den Tragteilen 108 einstückig ausge bildet. Sie weisen ebenfalls eine rechteckige Formgebung, jedoch sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung eine gerin gere Erstreckung als die Tragteile 108 auf. Sie sind an den Trag teilen 108 mittig angeordnet und weisen von diesen aus radial nach innen. Sie ragen so weit wie die Dichtlippen 101 radial nach innen und stützen sich in der Ruhelage ebenso wie die Dichtlippen 101 auf der zylindrischen Außenwand der Zylindertrommel 93 ab. Gegenüber den Reibsegmenten 103 sind die Abstützsegmente 107 in Umfangsrichtung auf Mitte versetzt angeordnet.

An der Innenseite der Nabe 91 ist eine Kupplungsreibfläche 111 vor gesehen gegen die sich die Reibsegmente 103 legen können.

Bei in Ruhe befindlicher Hydropumpe und damit druckentlastetem Hydromotor 92 befindet sich die Ringmembran 95 infolge der Rück stellwirkung des elastischen Formringes 100, der wie eine um die Zylindertrommel 93 geschlungene Zugfeder wirkt, in der in Fig. 3 dargestellten Ruhelage. In dieser Schaltstellung ist die Schalt kupplung 94 entkuppelt.

Wird die Hydraulikanlage eingeschaltet, baut sich in den mit Hydrau likflüssigkeit gefüllten Räumen ein Druck auf. Je nach der gewählten Fahrtrichtung bilden entweder bei Vorwärtsfahrt der Verbindungskanal 71 und der Ringkanal 73 oder bei Rückwärtsfahrt der Verbindungskanal 72 und der Ringkanal 74 Bestandteile der Hochdruckseite des die Hydropumpe und den Hydromotor 92 einschließenden geschlossenen Hydraulikkreises. Die jeweils anderen Kanäle bilden Bestandteile der Niederdruckseite, welche die Hydraulikflüssigkeit von dem Hydromotor 92 zu der Hydropumpe zurückleitet. Sowohl auf der Hochdruck- als auch auf der Niederdruckseite des geschlossenen Hydraulikkreises wird durch zwei einstellbare Druckbegrenzungs ventile im Betriebszustand ein Mindestdruck aufrecht erhalten, der beispielsweise 15 bar betragen kann. Der Druck auf der jeweiligen Hochdruckseite kann in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung bis zu einem oberen Grenzwert ansteigen.

Die dem Hydromotor 92 auf der Hochdruckseite zugeleitete Hydrau likflüssigkeit bewirkt eine Drehbewegung der Zylindertrommel 93 um den feststehenden Achsschenkel 64. Dabei kann zunächst das Fahrzeug-Vorderrad 12 stillstehen. Sobald der Axialzylinder 67, von welchem die Verbindungsbohrung 86 aus in die Ringkammer 102 führt, in den Bereich der Hochdruckseite gelangt und damit Hydrau likflüssigkeit zugeleitet bekommt, gelangt dieser durch die Ver bindungsbohrung 86 auch in die Ringkammer 82 zwischen der Zylinder trommel 93 und der Ringmembran 95. Die dadurch bewirkte Beaufschla gung der zylindrischen Innenseite der Ringmembran 95 bewirkt unter Vergrößerung der Ringkammer 102 ein Verschieben der Ringmembran 95 entgegen der Widerstandskraft des elastischen Formringes 100 in radialer Richtung nach außen auf die Nabe 91 zu. Dabei gelangen die Reibsegmente 103 der Ringmembran 95 zur Anlage an der Kupp lungsreibfläche 111 der Nabe 91. In dieser Schaltstellung sind die Zylindertrommel 93 des Hydromotors 92 und die Nabe 91 miteinander gekuppelt.

Das Drehmoment wird von der Zylindertrommel 93 über die Führungs nuten 99 und die Führungsansätze 106 formschlüssig auf die Reib segmente 103 und von diesen kraftschlüssig auf die Nabe 91 über tragen. Die durch die Führungsnuten 99 und die Führungsansätze 106 bewirkte drehfeste Anordnung der Ringmembran 95 an der Zylindertrommel 93 hat zur Folge, daß der Formring 100 durch die Drehmomentübertragung nicht belastet wird. Der Formring 100 muß die Elastizität der Ringmembran 95 gewährleisten, die Ringkammer 102 an den Seitenwänden 96, 97 abdichten und die Rückstellung der Ringmembran 95 in die Ruhelage bewirken. Die Abstützansätze 109 dienen dazu, ein rasches und gleichmäßiges Ansprechen der Schaltkupplung 94 über den gesamten Umfang hinweg sicherzustellen. Denn sie halten Durchströmkanäle und Beaufschlagungsflächen frei, durch welche die durch die Verbin dungsbohrung 86 einströmende Hydraulikflüssigkeit selbst bei in Ruhestellung befindlicher Ringmembran 95 rasch über den gesamten Umfang hinweg wirksam werden kann.

Bei Ausschalten der Hydraulikanlage werden die beiden Druckbe grenzungsventile in die Ruhestellung zurückgestellt und der Hydrau likkreis zum Behälter für die Hydraulikflüssigkeit hin entlastet. Bei dieser Betriebslage stellt der Formring 100 die Ringmembran 95 aus der gekuppelten Stellung in die entkuppelte Stellung zurück (Fig. 3). Der Formring 100 ist derart ausgelegt, daß er ein Ver lagern der Ringmembran 95 in die gekuppelte Stellung bei Erreichen des unteren Grenzwertes des Druckes im Hydraulikkreis ermöglicht, die Rückstellung der Ringmembran 95 jedoch bewirkt, sobald der Druck im Hydraulikkreis auf einen bestimmten Betrag, beispielswei se 8-10 bar, unterhalb des unteren Druck-Grenzwertes gesunken ist.

In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel können mehrere oder sämtliche Erweiterungen 85 der Axialzylinder 67 durch Verbindungs bohrungen 86 mit der Ringkammer 102 verbunden sein.

Außerdem kann die Druckbeaufschlagung der Zylinderinnenseite der Ringmembran 95 auch auf anderem Wege erreicht werden. Beispielsweise kann in der Kreisringfläche, an welcher sich die Zylindertrommel 93 des Hydromotors 92 in axialer Richtung abstützt, entweder an der Zylindertrommel 93 oder an dem Achsschenkel 64 ein Ringkanal vorgesehen sein, der mit den beiden Hydraulikleitun gen 40, 41 verbunden ist, welche die Hydropumpe mit dem Hydromotor 92 verbinden. Dieser Ringkanal kann mit der Ringkammer 102 durch einen Verbindungskanal verbunden sein, der in der Zylinder trommel 93 verläuft. Auch bei diesem Beispiel können statt des einen Verbindungskanals mehrere Verbindungskanäle über den Umfang verteilt vorgesehen sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in den beiden Verbindungsleitungen zwischen den Hydrauliklei tungen 40, 41 und dem in der kreisringförmigen Abstützfläche befindlichen Ringkanal jeweils ein ein- und ausschaltbares Sperr ventil angeordnet. Dieses verhindert, daß das Druckmittel, das über die jeweilige Hochdruckseite der Ringkammer 102 zugeleitet wird, auf der jeweiligen Niederdruckseite unbeabsichtigt abfließt. Darüber hinaus ist eine Betätigung der Schaltkupplung nicht durch das Arbeitsdruckmittel des Hydromotors 92, sondern durch gesonder te Druckmittel möglich.

Claims

1. Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, mit mechanischer Antriebsverbindung zwischen dem Fahrzeugmotor und den Fahrzeugrädern einer der Fahrzeugachsen (Antriebsachse) sowie mit zu- und abschaltbarem Zusatzantrieb für die Fahrzeugräder der anderen Fahrzeugachse (Zusatzantriebsachse), bei welcher der Zusatzantrieb als hydrostatischer Einzelradantrieb ausgebildet ist, bei dem in den Naben der Fahrzeugräder der Zusatzantriebsachse jeweils als Zusatzantriebsmotor ein als Radnabenmotor ausgebildeter Hydromotor in Axialkolben-Schrägscheiben-Bauart angeordnet ist und die Hydromotoren mit wenigstens einer von dem Fahrzeugmotor antreibbaren gemeinsamen Hydropumpe verbunden sind, die der Versorgung der Hydromotoren mit Antriebsenergie dient, und bei welcher weiter jeweils unmittelbar zwischen Hydromotor und Nabe des Fahrzeugrades eine druckmittelbetätigte Schaltkupplung vorgesehen ist, nach DE-PS 35 45 481, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkupplung (94) als Zylinderreibungskupplung ausgebildet ist, die eine die Zylindertrommel (93) des Hydromotors (92) umschließende endlose elastische Ringmembran (95) aufweist, die im wesentlichen zylindrisch gestaltet ist, gemeinsam mit der zylindrischen Außenwand der Zylindertrommel (93) und Seitenwänden (96, 97), die über die zylindrische Außenwand der Zylindertrommel (93) hinaus radial nach außen ragen und die Ringmembran (95) zwischen sich einschließen, eine Ringkammer (102) bildet und an ihrer Außenseite über den Umfang verteilt starre Reibsegmente (103) aufweist, die mit Abstand voneinander angeordnet und in Führungsnuten (99) der Seitenwände (96, 97) radial geführt sind sowie an einer Kupplungsreibfläche (111) der Nabe (91) des Fahrzeugrades (Fahrzeug-Vorderrad 12) zur Anlage gelangen können.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibsegmente (103) seitliche Führungsansätze (106) aufweisen, mit denen sie in die Führungsnuten (99) der Seitenwände (96, 97) eingreifen.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsansätze (106) in Umfangsrichtung mittig an den Reibsegmenten (103) vorgesehen sind.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran (95) über den Umfang verteilt radial nach innen weisende Abstützansätze aufweist, die in Umfangsrichtung und in axialer Richtung Durchflußkanäle frei lassen.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembran (95) an ihrer Innenseite mit Abstand voneinander starre Abstützsegmente (107) aufweist, welche die radial nach innen weisenden Abstützansätze (109) ein stückig aufweisen.

6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützansätze (109) sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung eine geringere Ausdehnung als Tragteile (108) der Abstützsegment (107) aufweisen und an diesen mittig angeordnet sind.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Reibsegmente (103) und die Abstützsegmente (107) in gleicher Anzahl vorhanden und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.

8. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Werkstoff der Ringmembran (95) die jeweils zwischen den Reibsegmenten (103) und den Tragteilen (108) der Abstützsegmente (107) vorhandenen Spalte (105) zumindest teilweise ausfüllt.

9. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (102) mit dem Druckmittelraum der Zylindertrommel (93) des Hydromotors (92) verbunden ist und den beiden Hydraulikleitungen (40, 41), welche die Hydropumpe mit dem Hydromotor (92) verbin den, jeweils ein ein- und ausschaltbares Ventil zugeordnet ist, das im eingeschalteten Zustand erst oberhalb eines Mindestdruckes zum Druckmittelbehälter hin öffnet.

10. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (102) mit den beiden Hydraulikleitungen (40, 41) verbunden ist, welche die Hydropumpe mit dem Hydromotor (92) verbinden, und in den beiden Verbindungsleitungen zwischen den Hydraulikleitungen (40, 41) und der Ringkammer (102) jeweils ein ein- und ausschaltbares Sperrventil angeordnet ist.